JPH10263679A

JPH10263679A - ダイス

Info

Publication number: JPH10263679A
Application number: JP7014597A
Authority: JP
Inventors: Keizo Harada; 敬三原田; Shigeru Nakamura; 茂中村
Original assignee: WAKO KOKI KK
Current assignee: WAKO KOKI KK
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】従来品よりも耐用寿命がきわめて長く、金属
成形品の表面に無用な傷をつけることもないダイスを提
供すること。【解決手段】ダイス１は、クロムモリブデン鋼製のケ
ース部３と、ケース部３に嵌め込まれた超硬合金製のチ
ップ部５とを備え、チップ部５には、加工面としてリダ
クション部５ａとベアリング部５ｂが形成されている。
リダクション部５ａおよびベアリング部５ｂを含むチッ
プ部５の表面には、Ｃｒ−Ｎ系化合物からなる被膜７が
形成されている。この被膜７は、リダクション部５ａに
おいて膜厚が約４μｍあり、ベアリング部５ｂでは、リ
ダクション部５ａよりも膜厚が薄くなっており、ビッカ
ース硬度Ｈｖは約１８００である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工面に圧接する
金属材料を塑性変形させて所定形状に成形加工するダイ
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属材料の成形加工方法の一
つとして、金属材料をダイスの加工面に圧接させて塑性
変形させることにより、特定形状に成形加工する方法が
知られている。こうした成形加工で用いられるダイスの
形状は、例えば成形加工後の金属成形品の形態（例え
ば、線材、管材、圧造品など）によって異なり、また、
金属材料をダイスの加工面に圧接させる方法（例えば、
引抜き、押出し、絞り加工、圧造など）によっても異な
るが、如何なる形状のダイスであっても、ダイスの加工
面にはきわめて大きな圧力や摩擦力が作用するのが通常
である。

【０００３】そのため、従来は、ダイスの構造を、加工
面を有するチップ部、およびそのチップ部が嵌め込まれ
るケース部からなる構造とし、チップ部については、例
えば超硬合金などによって作製して、加工面の強度を確
保するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにチップ部を超硬合金製にしたダイスであっても、
十分に満足な耐摩耗性、耐食性等を備えるには至ってお
らず、市場では更に耐用寿命の長いダイスが望まれてい
た。

【０００５】こうした要望に対し、過去には、ダイスの
加工面にＴｉ−Ｎ系化合物からなる被膜（以下、Ｔｉ−
Ｎ被膜という）を形成して、加工面を硬質化することも
行われていた。しかし、このようなＴｉ−Ｎ被膜を有す
るダイスは、耐摩耗性は優れているものの、被膜が摩滅
するより早い時期に一部の被膜が剥離したり欠損したり
しやすい傾向があったため、期待するほどにダイスの耐
用寿命が延びることはなく、むしろ、このような被膜の
欠損や、被膜形成時の成膜不良等が原因で、金属成形品
の表面が粗くなりやすいという欠点があり、場合によっ
ては、金属成形品の表面に無用な傷をつけるという問題
もあった。

【０００６】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、従来品よりも耐用寿命が
きわめて長く、金属成形品の表面に無用な傷をつけるこ
ともないダイスを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段、および発明の効果】上述
の目的を達成するために、上記請求項１記載の発明は、
加工面に圧接する金属材料を塑性変形させて所定形状に
成形加工するダイスにおいて、前記加工面にＣｒ−Ｎ系
化合物からなる被膜が形成されていることを特徴とす
る。

【０００８】本発明において、Ｃｒ−Ｎ系化合物とは、
クロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）を主成分とする化合物のこ
とであり、より具体的には、ＣｒＮ、Ｃｒ₂Ｎはもちろ
んのこと、ＣｒおよびＮからなる固溶体や、これらの混
合物なども、ここでいうＣｒ−Ｎ系化合物に含まれる。

【０００９】このようなＣｒ−Ｎ被膜を有するダイスに
よれば、従来のダイス（例えば超硬合金製のもの等）よ
りも耐用寿命がきわめて長い。耐用寿命が長くなる理由
については、明確に解明されてはいないが、例えば、Ｃ
ｒ−Ｎ被膜が超硬合金等に比べて優れた摺動性を有する
ため、従来のダイスよりも加工面と金属材料との滑りが
良好になる、Ｃｒ−Ｎ被膜が優れた耐摩耗性を有するた
め、従来のダイスよりも加工面の摩耗が抑制される、Ｃ
ｒ−Ｎ被膜が優れた耐熱性および熱伝導性を有するた
め、熱による劣化等を生じることなく従来のダイスより
も高い放熱効果がある、Ｃｒ−Ｎ被膜が優れた耐食性を
有するため、金属材料とともに加工液が導入されるよう
な湿式加工の場合にも、被膜自体あるいは被膜に覆われ
た加工面が、従来のダイスよりも加工液によって侵食さ
れにくい、といったことが推察され、いずれにしても、
これらが単独または複合的に作用する結果、ダイスの耐
用寿命が延びるものと考えられる。

【００１０】また、このようなＣｒ−Ｎ被膜を有するダ
イスは、Ｔｉ−Ｎ被膜が施されたダイスと比較しても耐
用寿命が長い。これは、Ｃｒ−Ｎ被膜が、Ｔｉ−Ｎ被膜
に比べて優れた密着性を有しているため、Ｔｉ−Ｎ被膜
よりもＣｒ−Ｎ被膜の方が摩耗しやすいものの、被膜の
剥離、欠損といったダイスにとって致命的な問題は、Ｔ
ｉ−Ｎ被膜よりも発生しにくいためであると考えられ
る。

【００１１】さらに、被膜に微細な傷がついたとして
も、Ｃｒ−Ｎ被膜はＴｉ−Ｎ被膜ほど硬い膜ではないた
め、傷を含む部分が適度に摩滅してゆき、Ｔｉ−Ｎ被膜
のように傷がいつまでも残ったり、被膜の剥離を伴って
傷が拡大したりしないため、金属成形品の表面に荒れが
生じたり、傷がついたりすることもない。

【００１２】なお、このようなＣｒ−Ｎ系化合物からな
る被膜（以下、Ｃｒ−Ｎ被膜ともいう）は、イオンプレ
ーティング法やスパッタリング法など、各種ＰＶＤ（Ph
ysical Vapor Deposition ）法によって形成可能である
が、この他にも、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition
）法による成膜も考えられ、本発明においては、これ
らＣｒ−Ｎ被膜の成膜方法については特に限定されな
い。

【００１３】また、本発明のダイスは、加工面に圧接す
る金属材料を塑性変形させて所定形状に成形加工するも
のであればよく、例えば、線材加工用の線引きダイス、
管材加工用の管引きダイス、板材等に対する絞り加工用
の絞りダイス、棒材等に対するヘッダー加工用のヘッダ
ーダイスなど、様々なタイプのダイスに適用できると考
えられるが、特に引抜き加工や押出し加工で使われるダ
イスのように、加工面と金属材料との摩擦が発生しやす
い形態のダイスほど、優れた効果がより顕著に現れるも
のと期待される。

【００１４】こうした引抜き加工や押出し加工で使われ
るダイスは、通常、加工面として、入口側から導入され
る金属材料を所定断面形状に絞り込むリダクション部
と、リダクション部を通過した金属材料の断面形状を整
えて出口側へと導出するベアリング部とを備えている
が、このようなダイスでは、リダクション部に作用する
摩擦力が最も大きくなりやすいと考えられるので、特に
上記請求項２に記載のように、被膜が、少なくともリダ
クション部に形成されているとよい。

【００１５】このようにすれば、リダクション部につい
ては、Ｃｒ−Ｎ被膜の作用によって耐用寿命が長くな
る。一方、ベアリング部については、そもそも過大な負
荷がかかりにくいので、Ｃｒ−Ｎ被膜の有無は大きな問
題ではなく、むしろ、ベアリング部に対しては十分な被
膜が施されていなくてもよいので、その分、成膜加工が
容易になり、加工面全体に十分なＣｒ−Ｎ被膜を施すの
に比べ、加工コストを低減することができる。

【００１６】また、ＰＶＤ法等によってＣｒ−Ｎ被膜を
形成する場合、被膜形成時のクロム源と窒素源との比な
どを調整することによって、被膜中のＣｒ：Ｎの組成比
や結晶構造を制御でき、その結果、被膜の硬さに影響が
現れるが、最適なＣｒ−Ｎ被膜の硬さは、金属材料の種
類や種々の加工条件などによっても変わるため、一概に
は特定できない。但し、あまり柔らかい被膜では被膜を
設けた意味がなく、その一方、あまり硬い被膜では、Ｔ
ｉ−Ｎ被膜と同様に金属加工品側に傷をつける原因にな
る恐れがあるので、これらのことを考慮すると、上記請
求項３記載のように、被膜の硬さは、ビッカース硬度で
Ｈｖ１５００〜２３００に調整されているとよい。

【００１７】このような硬さのＣｒ−Ｎ被膜であれば、
超硬合金製のチップと同程度の硬さを確保しながら、Ｃ
ｒ−Ｎ被膜ならではの優れた耐摩耗性等を有するものと
なり、しかも、Ｔｉ−Ｎ被膜（ビッカース硬度Ｈｖ３０
００程度）のように硬すぎることもないため、金属加工
品を傷つけることもない。

【００１８】さらに、Ｃｒ−Ｎ被膜を形成する場合、成
膜処理時間等に応じて被膜の厚さを変えることができる
が、Ｃｒ−Ｎ被膜は密着性に優れているため、比較的厚
い膜を成膜することができる。より具体的には、厚さ１
μｍ〜数十μｍ程度の被膜を形成することができ、膜厚
によらずダイスの性能を改善できる。但し、ダイスの使
用に伴って被膜は摩耗してゆくため、被膜が厚いものほ
ど耐用寿命が延びるものと期待される。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
一例を挙げて説明する。実施形態として図１（ａ）、同
図（ｂ）に示すダイス１は、伸線加工用のダイスであ
る。このダイス１は、クロムモリブデン鋼製のケース部
３と、ケース部３に嵌め込まれた超硬合金製のチップ部
５とを備え、チップ部５には、加工面としてリダクショ
ン部５ａとベアリング部５ｂが形成されている。

【００２０】また、このダイス１の特徴的な構成とし
て、リダクション部５ａおよびベアリング部５ｂを含む
チップ部５の表面には、Ｃｒ−Ｎ系化合物からなる被膜
７が形成されている。この被膜７は、リダクション部５
ａにおいて膜厚が約４μｍあり、ベアリング部５ｂで
は、リダクション部５ａよりも膜厚が薄くなっており、
ビッカース硬度Ｈｖは約１８００であった。

【００２１】なお、この被膜７は、周知のＰＶＤ法の一
つであるＡＩＰ（Arc Ion Plating）法を用いて形成し
たものである。ＡＩＰ法は、簡単に説明すると、ＡＩＰ
処理装置の真空容器内にチップ部５を設置して、その真
空容器内で真空アーク放電を利用して金属Ｃｒを蒸発さ
せ、チップ部５に負の電圧を印加すると同時に、真空容
器内にＮ₂ガスを導入することによって、ＣｒおよびＮ
をチップ部５の表面に引き寄せて、チップ部５に被膜７
を形成する方法であり、金属Ｃｒの蒸発量とＮ ₂ガスの
導入量を制御することによって、被膜７の硬さを調節す
ることができ、また、処理時間を調節することによって
被膜７の厚さを変えることができる。

【００２２】このように構成されたダイス１において、
チップ部５の穴径Ｄが異なるもの５つ（以下、ダイス＃
１〜＃５という）を使って乾式連続伸線を行った。すな
わち、ダイス＃１へ母材を導入し、ダイス＃１から導出
される線材をダイス＃２へ導入し、以下、ダイス＃３、
＃４、＃５についても順に導入／導出を繰り返して伸線
を行った。ダイス＃１〜＃５によって成形される線材の
標準線径は、下記表１の通りであり、ダイス＃１に導入
する母材となる線材には、５．５０ｍｍ径のキルド鋼線
を用いた。なお、伸線速度は毎分９００〜１０００ｍと
した。

【００２３】

【表１】

【００２４】以上の条件で連続伸線を行った際の各ダイ
スの線径変化と伸線量を表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２に示すように、上記ダイス１によれ
ば、上記伸線条件下で、１４６ｔの線材を生産すること
ができた。但し、被膜７の摩耗によってダイスの穴径が
拡大し、最終線径が標準公差外（２．７３ｍｍ）となっ
たため、ここで伸線を中止した。

【００２７】この時、被膜７には、線材に悪影響を及ぼ
すような傷や欠損はなく、線材には肌荒れ、偏平などの
問題も生じていなかった。また、ベアリング部５ｂでは
被膜７の初期厚さが薄かったため、ほとんど被膜７が残
っていない状態になっていたが、それにもかかわらず、
線材表面の面粗度は非常に良いものであった。このこと
から、リダクション部５ａにおいて絞られた時点で、線
材表面の面粗度が十分に良好なものとなっていることが
推察され、リダクション部５ａに十分な被膜７が施され
ていれば、ベアリング部５ｂには被膜７が施されていな
くても足りると考えられる。

【００２８】次に、比較のため、上記ダイス１と全く同
形状のダイスで、被膜のない超硬合金製のチップ部とし
たもの５つ（以下、ダイス＃６〜＃１０という）を用意
して、同条件で連続伸線を行った。その時の各ダイスの
線径変化と伸線量を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３に示すように、被膜のないダイスは、
上記伸線条件下で１８ｔの線材を生産した時点で、摩耗
によってダイスの穴径が拡大し、最終線径が標準公差外
（２．７３ｍｍ）となり、伸線を中止することになっ
た。すなわち、Ｃｒ−Ｎ系化合物からなる被膜７を有す
るダイス１の方が、８倍を超える量の連続伸線を実施で
きることになる。また、この被膜のないダイスは、ダイ
ス穴が偏摩耗して真円度が低下しており、線材に多少の
偏平が見受けられた。

【００３１】次に、更に比較のため、上記ダイス１と全
く同形状のダイスで、加工面にＴｉ−Ｎ被膜が施された
チップ部としたもの５つ（以下、ダイス＃１１〜＃１５
という）を用意して、同条件で連続伸線を行った。その
時の各ダイスの線径変化と伸線量を表４に示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】表４に示すように、Ｔｉ−Ｎ被膜を有する
ダイスは、被膜に欠損が生じ、所定寸法の線材が生産で
きなくなったため、その時点で伸線を中止せざるを得
ず、上記伸線条件下では７６ｔの線材しか生産できなか
った。すなわち、Ｃｒ−Ｎ系化合物からなる被膜７を有
するダイス１の方が、２倍近い量の連続伸線を実施でき
ることになる。

【００３４】このようにＣｒ−Ｎ系化合物からなる被膜
７を有するダイス１によれば、従来のダイスよりも格段
に耐用寿命が延び、Ｔｉ−Ｎ被膜のような欠損も発生し
ない。そのため、ダイス自体にかかるコストが低減され
るのはもちろんのこと、ダイスの交換回数が減る分だ
け、長時間にわたって伸線機を連続運転することがで
き、線材の製造コストを大幅に低減することができる。

【００３５】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明の実施形態については上記一例以外にも種々
考えられる。例えば、上記説明では、鋼線を乾式伸線す
る例を示したが、鋼線以外の金属材料や湿式伸線におい
ても、上記ダイス１を利用することができ、所期の効果
を得ることができる。

【００３６】より具体的には、銅線、黄銅線などの伸線
加工では、線材を特殊な溶剤で処理した後に伸線するた
め、通常の超硬合金製のチップ部を有するダイスでは、
ダイスの肌荒れがひどく、頻繁にダイスを交換しなけれ
ばならないことがあるが、Ｃｒ−Ｎ系化合物からなる被
膜７を有するダイス１によれば、ダイスの肌荒れが抑制
されるため、従来品よりも耐用寿命を延ばすことができ
る。ちなみに、実験的には、従来品よりも約４倍程度ま
で耐用寿命を延ばすことができることが確認されてい
る。また、上記の他にも、ステンレス線を伸線加工した
事例では、従来のダイスで１ｔの伸線を行うのに、約１
００個ものダイスを必要とすることがあったものが、Ｃ
ｒ−Ｎ系化合物からなる被膜７を有するダイス１によれ
ば、無交換のまま１ｔの伸線を行えるケースがあること
も確認されている。これらのことから、本発明のダイス
が、金属材料の種類を問わず、良好な効果が得られるこ
とがわかる。

【００３７】さらに、上記例では伸線加工の事例を挙げ
て説明したが、本発明のダイスは、金属材料と加工面と
の間の接触状態を改善することによって、その良好な作
用・効果を奏するものであり、このことからすれば、伸
線加工以外で用いられるダイスにおいて加工面にＣｒ−
Ｎ被膜を施しても、金属材料と加工面との間の接触状態
を改善できるものと期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態としてのダイスを示し、（ａ）はそ
の正面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１・・・ダイス、３・・・ケース部、５・・・チップ
部、５ａ・・・リダクション部、５ｂ・・・ベアリング
部、７・・・被膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工面に圧接する金属材料を塑性変形さ
せて所定形状に成形加工するダイスにおいて、前記加工面にＣｒ−Ｎ系化合物からなる被膜が形成され
ていることを特徴とするダイス。
【請求項２】請求項１記載のダイスにおいて、前記加工面として、入口側から導入される金属材料を所
定断面形状に絞り込むリダクション部と、該リダクショ
ン部を通過した金属材料の断面形状を整えて出口側へと
導出するベアリング部とを備え、前記被膜が、少なくとも前記リダクション部に形成され
ていることを特徴とするダイス。
【請求項３】請求項１または請求項２記載のダイスに
おいて、前記被膜の硬さが、ビッカース硬度でＨｖ１５００〜２
３００に調整されていることを特徴とするダイス。